DE2311119A1 - Fluessigkristall-anzeigevorrichtung - Google Patents
Fluessigkristall-anzeigevorrichtungInfo
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Description
8 Möncfsn 22, tin: ··.;. iS. Ti!. 2?2553
nsdiriii Mdijü;:n Ιό, Pos^acii 4
München, den l< 7· K
Mein Zeichen: P 1636
Anmelder: Norstron Electro-Optic Systems Ltd.
Kongensgt. 25
4600 Kristiansand S
S"'
Norwegen
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung,
bestehend aus einem Paar parallel zueinander angeordneten, transparenten Platten,
zv/ischen denen eine Flüssigkristall-Schicht mittels einer Dichtung angeordnet ist, und einer Vielzahl von Elektroden
auf den transparenten Platten, die derart ausgestaltet sind, daß durch Anlegen einer elektrischen Spannung an bestimmte
Elektroden bestimmte Teile der Flüssigkristall-Schicht angeregt werden, so daß vorübergehend oder dauernd grafische
Darstellungen erzeugt werden.
Anzeigevorrichtungen, die mit Flüssigkristallen arbeiten sind bekannt. Eine weite Verbreitung derartiger Anzeigevorrichtung^ η
wurde bis jetzt dadurch verhindert, daß die Lebensdauer der
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mechanischen Bauteile infolge der starken, chemischen Aktivität des Flüssigkristalls sehr beschränkt ist.
Der Einsatz von FlUssigkristallen ist insbesondere auf elektrooptischen!
Gebiet interessant. Der Flüssigkristall befindet sich dabei zwischen zwei transparenten Platten, insbesondere Glasplatten,
von denen eine mit reflektierenden, metallischen Elektroden und die andere mit transparenten, aus einem Metalloxyd
bestehenden Elektroden versehen ist, deren Leitfähigkeit pro Flächeneinheit erheblich größer als die der Flüssigkristall-Schicht
ist. Solange keine elektrische Spannung an die Elektroden angelegt wird, befindet sich der Flüssigkristall im transparenten
Zustand. Bei Anlegen einer genügend hohen elektrischen Spannung in der Größenordnung von 30 Volt geht der Flüssigkristall vom
transparenten in einen milchig-weißen, lichtbrechenden und lichtreflektierenden Zustand über, der teilweise auf Ionisationserscheinungen
innerhalb der Flüssigkristall-Schicht beruht.
Die Stärke der Lichtbrechung oder Lichtreflexion ist dabei proportional zur einfallenden Lichtstärke.
Ein Hauptproblem bei der Fertigung solcher Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen
liegt in der Herstellung einer geeigneten Dichtung, mit der die Glasplatten an ihren Rändern derart verbunden
sind, daß der Abstand der Glasplatten voneinander, der im allgemeinen 10 bis 15 /U beträgt, konstant ist, so daß ein
absolut dichter Raum für die Flüssigkristall-Schicht selbst entsteht. Die Dichtung muß dabei "aus einem Material bestehen,
das von dem Flüssigkristall nicht angegriffen wird und die Verbindung zwischen der Dichtung und den Glasplatten muß so gut sein,
daß der Flüssigkristall weder chemisch noch mechanisch durch äußere Umstände beeinflußt wird. Gleichzeitig muß die Dichtung
elastisch genug sein, um dem Flüssigkristall eine gewisse Ausdehnung aufgrund von Wärmeeinwirkungen oder mechanischen Einwirkungen
zu ermöglichen, ohne daß dabei Luft in den Zwischenraum zwischen die Glasplatten gelangt. Die Dicke der Flüssigkristall-
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Schicht soll dabei so wenig wie möglich schwanken und vor allem muß die Dichtung auch verhindern, daß ein elektrischer Kurzschluß
zwischen den Elektroden auf den beiden Glasplatten auftritt.
Es wurde bereits eine Vielzahl von Dichtungsmaterialien, wie
z.B. fri-tfiertes Glas, sowie Plastikstoffe, untersucht. Keines
dieser bekannten Materialien erfüllte Jedoch alle Bedingungen für ein ideales Dichtungsmaterial. Bei einigen dieser Materialien
traten sogar während oder nach der Herstellung der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung
Blasen in der Flüssigkristall-Schicht auf, die während des Gebrauchs als dunkle Flecken mit scharfen
kontrastreichen Kanten störend in Erscheinung traten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung
der eingangs genannten Art anzugeben, die mit einer Dichtung zwischen den Glasplatten versehen ist, die
die obigen Nachteile vermeidet und insbesondere eine besonders große Lebensdauer aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß die Dichtung aus inneren und äußeren Teilen und zwischen ihnen angeordneten
flexiblen Mittelstücken besteht und daß die Dichtung mit den Plattenrändern derart fest verbunden ist, daß der Abstand der
beiden Platten voneinander gleich der Dicke der inneren Dichtungsteile ist.
Vorzugsweise wird als Dichtungsmaterial Aluminiumfolie mit einem Reinheitsgrad an Aluminium von mehr als 99% verwendet.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist eine der beiden transparenten Platten metallisierte öffnungen zum Zweck der
elektrischen Verbindung der Elektroden mit ihren Zuleitungen auf, wobei die metallisierten Öffnungen durch elektrisch
leitende, auf den Öffnungen fest angeordnete Kontaktplatten abgedichtet sind, deren Dicke gleich der der inneren Dichtungsteile ist.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer derartigen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, deren transparente
Platten Glasplatten sind, die mit einer Vielzahl von Elektroden versehen sind, besteht darin, daß zuerst die Dichtung und die
Kontaktplatten an der mit metallisierten Öffnungen versehenen Glasplatte durch die gemeinsame Einwirkung von Hitze, Ultraschall
und Druck unter der Anlegung einer elektrischen Spannung befestigt werden, daß anschließend die Dichtung auf dieselbe
Art mit der zweiten Glasplatte verbunden wird, daß danach der Raum zwischen den Glasplatten durch Füllöffnungen in einer der
Glasplatten mit einem Flüssigkristall gefüllt wird, daß die Glasplatten so weit zusammengepreßt werden, daß die Dicke der
Flüssigkristall-Schicht gleich der Dicke der inneren Dichtungsteile ist und daß schließlich die Füllöffnungen verschlossen
werden.
Besonders vorteilhaft istes,wenn die Füllöffnungen mit Indium
unter der Einwirkung von Hitze und Ultraschall verschlossen werden.
Als vorteilhaft hat es sich auch erwiesen, daß die elektrische Verbindung der Zuleitungen zu den metallisierten Öffnungen
durch Ultraschallschweißung mit Indium erfolgt.
Die erfindungsgemäße Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung eignet
sich für eine Vielzahl von Anwendungen, so z.B. für Datenverarbeitungsanlagen, Büromaschinen, Meßinstrumente, Warnvorrichtungen,
löschbare Kontrollanzeigen, Radio und Fernsehen, Nachrichtenübertragung, Telefoninstallationen, Ortung,
Unterricht, numerische Steuerungsanlagen usw.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
Es zeigen:
Die Figuren 1 und 2 den prinzipiellen Aufbau einer Flüssigtolstall-Anzeigevorrichtung,
Figur 3 eine perspektivische Ansicht einer numerischen Flüssig-
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kristall-Schalttafel,
Figur 4 eine Seitenansicht der Schalttafel nach Figur 3,
Figur 5 eine Vorderansicht der Schalttafel mit den eingezeichneten Elektroden,
Figur 6 ein Beispiel für die Ausbildung der Metalloxydelektroden auf einer der Glasplatten,
Figur 7 eine Anzeigevorrichtung, bei der die Zahl 4,28 dargestellt ist,
die Figuren 8a - c, 9a - b und 10a - c verschiedene Einzelheiten der erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung,
die Figuren 11a - c die als Kathode dienende Glasplatte mit der Dichtung,
die Figur 11d eine vergrößerte Ansicht der Figur 11c und die Figuren 11e - f die Anzeigevorrichtung vor und nach dem
Zusammenpressen der Glasplatten.
In den Figuren 1 und 2 ist schematisch der grundsätzliche Aufbau einer erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung
dargestellt, wobei die Figur 2 ein/Schnitt entlang der Linie II-II der Figur 1 zeigt. Mit 1 ist dabei eine Glasplatte bezeichnet,
die eine reflektierende Metallelektrode 2 aufweist, mit 4 eine Glasplatte, die eine transparente, aus einem Metalloxyd
bestehende Elektrode 5 aufweist, und mit 3 eine Flüssigkristall-Schicht, die zwischen den beiden Glasplatten angeordnet
ist und mit 6 eine an den Rändern der Glasplatten entlang verlaufende Dichtung. Im folgenden wird die Glasplatte 1
als Anodenplatte und die Glasplatte 5 als Kathodenplatte bezeichnet. Wird eine geeignete Spannung an die Elektroden gelegt,
so ist die gesamte Flüssigkristall-Schicht gleichmäßig angeregt, wenn die Dicke der Flüssigkristall-Schicht konstant
ist. Dieser angeregte Bereich der Flüssigkristall-Schicht wird durch die schraffierte Fläche in Figur 1 angedeutet.
Die Figuren 3 bis 5 zeigen ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Anzeigevorrichtung, die als numerische Schalttafel 10 mit drei Ziffern und drei Kommas ausgestaltet ist. In Figur 4
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ist ein Schnitt durch die Schalttafel nach Figur 3 gezeigt, wobei mit 14 eine Plastikabdeckung bezeichnet ist. Das Kathodenglas
ist mit 11 bezeichnet, die Flüssigkristall-Schicht mit
und das Anodenglas mit 13, die Dichtung mit 15 und eine Anzahl Kontaktstifte mit 17, die in der Grundplatte 16 angeordnet
sind. In Figur 5 ist eine Frontansicht dargestellt, wobei mit A die anodenseitigenElektroden als ausgezogene Linien dargestellt
sind, während die kathodenseitigen Elektroden gestrichelt gezeichnet sind. Des weiteren sind in der Figur 5
26 öffnungen dargestellt, durch die die elektrischen Verbindungen zur Anode und zur Kathode hergestellt werden.
In Figur 6 ist in vergrößerter Form ein Muster der kathodenseitigen
Metalloxydelemente dargestellt, das aus sieben voneinander isolierten und jeweils mit einer eigenen Zuleitung
versehenen Elektrodenteilen besteht, die ungefähr in der Form einer Acht zueinander angeordnet sind und aus denen jede Zahl
zwischen 0 und 9 zusammgensetzt werden kann.
In Figur 7 ist ein Beispiel dargestellt, bei dem die Zahl 4,28 angezeigt wird. Um die Zahl 8 darzustellen sind alle sieben
Elektrodenteile angesteuert. Aus dieser Figur wird deutlich, welche Elektrodenteile angesteuert werden müssen, um die Zahlen
4 und 2 darzustellen.
Eine derart ausgestaltete Anzeigevorrichtung gestattet es, Jede Zahl zwischen 0,01 und 999 darzustellen. Durch eine
Ausweitung der Anzeigevorrichtung auf mehrere Elektrodenkonfigurationen können natürlich auch größere Zahlen dargestellt
werden. Bei entsprechender Ausgestaltung der Elektrodenstrukturen, die schirmförmig oder gitterförmig gestaltet sein
können, lassen sich auch andere Darstellung wie grafische Zeichnungen, Buchstaben oder andere Symbole erzeugen. Die
Ansteuerung der einzelnen Elektroden kann dabei mittels
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elektronischer Pulserzeuger oder anderer Codierungssysteme erfolgen.
Die Figuren 8 bis 10 zeigen verschiedene Einzelheiten der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung. So ist in den Figuren
8a - 8c die Anodenplatte 13 dargestellt, die als reflektierende Anode ausgebildet ist und aus einer transparenten Glasplatte
20 besteht, an deren Oberfläche eine durchgehende reflektierende Metallschicht 21 aufgedampft ist und zwar in Form von (Figur
8a) drei Dreiecken 22 und drei Vierecken 23. Diese sechs verschiedenen Flächen sind elektrisch miteinander und mit einem
Leiter 24 verbunden. Auf der anderen Seite der Anodenplatte ist eine reflektierende Metallschicht 25 aufgedampft, die den
Kontrast der dargestellten Zeichen erhöht. Die Anodenplatte weist weiterhin zwei Öffnungen 26 auf, mittels derer der
Flüssigkristall bei der Herstellung eingeführt wird.
Die Dichtung 15 ist in den Figuren 9a und 9b dargestellt und besteht aus einem geeigneten oberflächenbehandelten Material.
Der Querschnitt der Dichtung ist so gewählt, daß man eine gleidiCörmige Verbindung der Glasplatten· erhält. Es wurde gefunden,
daß sich Aluminium mit einem Aluminiumreinheitsgrad von mehr als 99t99 % hervorragend als Dichtungsmaterial eignet.
Die Dicke der aus Aluminiumfolie gefertigten Dichtung 15 beträgt z.B. 13 /U, so daß man auch einen Abstand der beiden
Glasplatten von 13 /U erhält, der der günstigsten Schichtdicke
für eine Flüssigkristall-Schicht entspricht. Die äußere Form der Dichtung 15 ist in der Figur 9a gezeigt und ein
Querschnitt durch die Dichtung in Figur 9b. Wie aus der Figur 9 ersichtlich wird; ist die Dichtung in Längsrichtung mit einem
Grat 27 versehen, so daß die Dichtung in einen inneren und in einen äußeren Teil unterteilt ist. Wird die Dichtung nun
zwischen die Anodaplatte und die Kathodenplatte gebracht, so ist der Abstand zwischen den beiden Platten größer als die
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Dicke der Dichtung. Nach dem Zusammenfügen der einzelnen Bauteile und dem Zusammenpressen der beiden transparenten Platten,
erhält die Dichtung 15 ihre endgültigeForm.
In den Figuren 10a bis 10c ist die Kathodenplatte näher dargestellt.
Auf der Kathodenplatte 28 sind eine Anzahl von Elektroden 29 angeordnet, die aus Metalloxydsegmenten bestehen,
die vonefander isoliert sind und die jeweils mit Zuleitungen
30 versehen sind, die ebenfalls aus einem aufgedampften Metalloxyd bestehen. Die Kathodenplatte 28 enthält
26 durchgehende Öffnungen 31, die metallisiert sind und die
elektrische Verbindung zwischen der Kathodenplatte und den äußeren Leitern ermöglichen. Die Öffnungen 31 sind durch
Kontaktplatten 32 verschlossen.
Die schräg angeordneten Vierecke 23 auf der Anodenplatte entsprechen
in ihrem äußeren Umriß dem äußeren Umriß der in Figur 10 dargestellten Elektrodensegmente.. Auch die auf beiden
Platten angeordneten Kommas liegen sich genau gegenüber. Da die elektrischen Leitungen 30 auf der Kathodenplatte aus dem
gleichen Material bestehen wie die Elektrodensegmente und die Kommas, wurden sie bei Anregung der Flüssigkristall-Schicht
in dem Moment sichtbar werden, wo die gesamte Anodenfläche als reflektierende Schicht ausgebildet ist. Um dies zu vermeiden,
ist die Elektrodenschicht auf der Anodenplatte räumlich beschränkt, wie es in Figur 5 dargestellt ist, so daß
tatsächlich nur die Elektrodensegmente und die Kommas sichtbar werden.
Anhand der Figuren 11a bis 11f wird im folgenden das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung
erläutert. Dabei wird von einer Glasplatte 28 ausgegangen, die als Kathodenplatte dient und die bereits
mit den Leitungen 30 und den Öffnungen 31 versehen ist. Da das Dichtungsmaterial selbt elektrisch leitend ist, können
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die Leitungen 30 nicht durch die Dichtung geführt werden, sondern müssen durch Öffnungen 31 mit den Zuleitungen verbunden
werden.
Zuerst wird nun die Aluminiumdichtung 15 am Rand der Kathodenplatte 28 mittels Hitzeeinwirkung,mechanischen Druck und
Ultraschall unter Einfluß einer elektrischen Spannung befestigt. Durch dieses Verfahren wird eine mechanisch stabile
und absolut dichte Verbindung zwischen Dichtung und Glasplatte hergestellt. Auf gleiche Art und Weise werden die Aluminiumr
scheiben oder Kontaktplatten 32 oberhalb der Öffnungen 31 auf der Glasplatte befestigt, wie es in Figur 11c schematisch dargestellt
ist. Nach dem dichten Verschließen der Öffnungen in der Kathodenplatte wird die andere Fläche der Dichtung 15 auf
gleiche Art und Weise mit der Anodenplatte 20 fest verbunden, Wie es in Figur 11e schematisch dargestellt ist. Die Ausdehnung
der Anodenplatte ist etwas größer als die der Kathodenplatte, und zwar um den selben Betrag wie der äußere Grat der Dichtung.
Die Anzeigevorrichtung kann nun mit einem Flüssigkristall gefüllt werden, der durch die Öffnungen 26 in der Anodenplatte
in den Hohlraum zwischen den beiden Platten eingefüllt wird. Nach Einbringen des Flüssigkristalls werden die Glasplatten
20 und 28 zusammengepreßt, bis sie einen Abstand einnehmen, der durch die Dicke der Dichtung 15 und der Kontaktplatten
gegeben ist. Weisen Dichtung und Kontaktplatte dieselbe Dicke auf, z.B. 13 /U, so beträgt auch die Schichtdicke des Flüssigkristalls
nach dem Zusammenpressen 13 /U. Nach erfolgtem Zusammenpressen der Glasplatten werden die Füllöffnungen 26 dicht
verschlossen, so daß die Anzeigevorrichtung fertig ist, wie es in Figur 11f angedeutet ist. Zum Verschließen der Füllöffnungen
26 ist reines Indium 35 besonders günstig, das mittels Ultraschall und Erwärmung verarbeitet wird.
Die elektrische Kontaktierung durch die Öffnungen 31 ist in der Figur 11d dargestellt,die einen vergrößerten Ausschnitt
aus der Figur 11c zeigt. Die Öffnungen 31 sind metallisiert
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d.h. die inneren Flächen der Öffnungen sind mit einem elektrisch
leitenden Material, z.B. mit einer Silberschicht, bedeckt. Ein Ende eines dünnen Leiters 33» der z.B. aus Kupfer bestehen
kann, wird mittels ultraschallgeschweißtem Indium 34 mit dem
äußeren Ende einer jeden Öffnung 33 verbunden. Die Leitungen 30 sind also über die Kontaktplatten 32 und die metallisierten
öffnungen 31 mit den äußeren Leitungen 33 verbunden, die wiederum in nicht gezeigter Weise mit den Kontaktstiften 17
in Figur 3 elektrisch verbunden sind.
Beim Zusammenpressen der Glasplatten 20 und 28 wird auch der
elektrische Kontakt zwischen der Anodenzuleitung 24 (Figur 8a) und der Aluminiumkontaktplatte hergestellt, die dem Leiter 24
gegenüber auf der Kathodenplatte 28 angeordnet ist. Um einen stabilen Kontakt zwischen dem Leiter 24 und der Kontaktplatte
32 herzustellen, kann eine nicht dargestellte Feder in der entsprechenden Öffnung 31 angeordnet sein.
Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung weist eine Vielzahl
von Vorteilen auf. So wird z.B. durch das Einfüllen des Flüssigkristalls durch die Einfüllöffnungen 26 jede Art von
Blasenbildung vermieden, da eventuell entstehende Blasen in der Flüssigkristall-Schicht durch das Zusammenpressen der
beiden Glasplatten sofort wieder verschwinden. Die gewünschte Dicke der Flüssigkristall-Schicht wird durch die Dicke der
Dichtung 15 bestimmt und beim Zusammenpressen der beiden Glasplatten
automatisch eingestellt. Die dünne Dichtung ist trotzdem flexibel genug, so daß sich der Flüssigkristall ausdehnen
kann, ohne daß Riße oder Undichtigkeiten entstehen. Ein Kurzschluß
zwischen den einzelnen Elektrodenschichten der beiden Glasplatten wird aufgrund der Kapillarkräfte der Flüssigkristall-Schicht
verhindert. Aufgrund ihrer flexiblen Eigenschaft verhindert die Aluminiumdichtung auch Undichtigkeiten
durch Ausdehnungserscheinungen der Glasplatten infolge von Wärmeeinwirkung. Aufgrund ihrer äußeren Form verhindert die
Dichtung Verschiebungen der beiden Glasplatten zueinander selbst bei starken mechanischen Stoßeinwirkungen und damit unsaubere
Zeichendarstellungen.
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Claims (6)
- Patentansprüche' 1J Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung,bestehend aus einem Paar parallel zueinander angeordneten transparenten Platten, zwischen denen eine Flüssigkristall-Schicht mittels einer Dichtung angeordnet ist und einer Vielzahl von Elektroden auf den transparenten Platten, die derart ausgestaltet sind, daß durch Anlegen einer elektrischen Spannung an bestimmte Elektroden bestimmte Teile der Flüssigkristall-Schicht angeregt werden, so daß vorübergehend oder dauernd grafische Darstellungen erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet , daß die Dichtung aus inneren und äußeren Teilen und zwischen ihnen angeordneten flexiblen Mittelstücken besteht und daß die Dichtung mit den Plattenrändern derart fest verbunden ist, daß der Abstand der beiden Platten voneinander gleich der Dicke der inneren Dichtungsteile ist.
- 2. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Dichtungsmaterial aus Aluminiumfolie mit einem Reinheitsgrad an Aluminium von mehr als 99 % besteht.
- 3. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet , daß eine der beiden transparenten Platten metallisierte Öffnungen zum Zweck der elektrischen Verbindung der Elektroden mit den Zuleitungen aufweist und daß die metallisierten Öffnungen durch elektrisch leitende, auf den Öffnungen fest angeordnete Kontaktplatten abgedichtet sind, deren Dicke gleich der der inneren Dichtungsteile ist.
- 4. Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, wobei als transparente Platten Glasplatten verwendet werden, die mit einer Vielzahl von Elektroden versehen sind, dadurch gekennzeichnet , daß zuerst die Dichtung und30983 7/0484die Kontaktplatten an der mit metallisierten Öffnungen versehenen Glasplatte durch die gemeinsame Einwirkung von Hitze, Ultraschall und Druck unter Anlegen einer elektrischen Spannung befestigt werden, daß anschließend die Dichtung auf dieselbe Art mit der zweiten Glasplatte verbunden wird, daß danach der Raum::zwischen den Glasplatten durch Füllöffnungen in einer der Glasplatten mit einem Flüssigkristall gefüllt wird, daß die Glasplatten soweit zusammengepreßt werden, daß die Dicke der Flüssigkristall-Schicht gleich der Dicke der inneren Dichtungsteile ist und daß schließlich die Füllöffnungen verschlossen werden.
- 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichn e t , daß die Füllöffnungen mit Indium unter der Einwirkung von Hitze und Ultraschall verschlossen werden.
- 6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die elektrische Verbindung der Zuleitungen zu den metallisierten Öffnungen durch Ultraschallschweißung mit Indium erfolgt.309837/0484Leerseite
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